EP1167917A1 - Method for wall thickness measurement of a hollow blade - Google Patents
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Definitions
- the subject of this invention is measurement thickness of a wall of a hollow blade.
- a feature of these pieces is that they are normally fitted with internal partitions covered by the wall, in order to stiffen the dawn or to compartmentalize the internal volume. These partitions disturb the measurements since their contributions to measurement signal overlap those of the wall and that they therefore tend to be confused with extra thickness.
- ultrasonic measurements are not suitable for everyone materials, especially those that are anisotropic.
- the process is based on the use of a particular eddy current detector, which is designed and used so that the contribution of partitions to the signal collected is minimized, and means of treatment are offered to eliminate substantially the influence of partitions on the measured.
- a particular eddy current detector which is designed and used so that the contribution of partitions to the signal collected is minimized, and means of treatment are offered to eliminate substantially the influence of partitions on the measured.
- the invention relates to a method for measuring the thickness of a wall hollow blade capable of covering partitions, characterized in that it consists in applying two poles of a magnetic core of a current detector Eddy on the wall in alignment parallel to partitions, the poles (8) being provided with coils (7) connected together in series, to move the detector on the wall perpendicular to the partitions, at record a signal produced by the detector, and deduce the wall thickness from calibrations preliminary.
- Figure 1 partially shows a 1 hollow blade whose profile is drawn by a wall exterior 2 stiffened by partitions 3 of widths, of different and poorly known depths and gaps.
- a sensor 4 is moved along a generator 5 of dawn 1. It comprises a magnetic core 6 in a hoop, on which an electromagnetic coil is formed, here composed of two coils 7 connected together in series and placed on the branches 8 of the hoop 6.
- the detector 4 is at the end of a support arm 9 pushed back by a spring 10 so that the ends of the branches 8 touch the wall 2; a motorized device 11 allows to move the arm 9 and the detector 4 along the generator 5.
- An alternating current generator 12 is placed on an electrical circuit 13 to which the coils 7 are connected in series, and a voltmeter 14 saves the voltage produced across the coils 7 and transmit it to a processing means 15 which constitutes an important element of the invention.
- the signal measured by the voltmeter 14 depends in particular of the eddy currents that induction electromagnetic coil 7 produced on the portion near dawn 1, and which depends, in addition to the thickness of the wall 22, the presence or the absence of a partition 3 in front of the detector 4 or at proximity.
- the influence of partitions 3 becomes almost imperceptible, so that we can even conceive of completely ignoring their existence and directly deducing the thickness of wall 2 from the signal received, after a preliminary calibration carried out on a series of smooth walls of different thickness.
- the input data circulates in the network being modified with each neuron that they cross.
- the neurons can be divided into successive layers and linked to all the neurons of the previous layer and the next layer.
- a two-layer network comprising an output layer C 2 with a single neuron providing the desired output (the thickness) and with a lower or hidden layer C 1 composed of a few neurons (two, three or four in practice) supplied by the values obtained from the signal (R 1 or R 2 for example) was sufficient.
- the neural network undergoes a prior learning which then allows it to express the descriptive parameters of a new situation, resembling the learning situation, according to the signals it receives. It is proposed here to make a calibration by means of a flat shim 30 (FIG. 6) formed of parallel strips 31 of increasing thickness and provided with ribs 32, similar to partitions 3, behind this plate, at different intervals, possibly d 'different thicknesses and widths which cut all the bands 31.
- the detector 4 is walked along these bands 31 in the same way as for blade 1, so that it provides a sufficient number of reference signals which are exploited to regulate the neural network by adjusting the weights and their biases.
- Such learning of the neural network can be done automatically by software so that the network outputs the known thickness of each band 31 as a function of the signals picked up by traversing this band.
- a equivalent way of proceeding would be, instead of taking both sets of measurements by 4 and 4 'detectors mounted on an arm support 9 'ending in fork, to use the single detector 4 provided that it is mounted on the arm of support 9 by a coupling 40 allowing rotation (figure 2). The process would be exactly the same if only the two categories of signals would obtained successively.
- detectors eddy currents such as detectors axisymmetric central coil emitting lines electromagnetic in all directions radiant, would only give results extremely imprecise in this app then an imprecision of standard deviation close to 10 ⁇ m for partitions a few millimeters thick can be hoped with the invention.
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Abstract
Description
Le sujet de cette invention est la mesure d'épaisseur d'une paroi d'une aube creuse.The subject of this invention is measurement thickness of a wall of a hollow blade.
Une caractéristique de ces pièces est qu'elles sont normalement munies de cloisons internes couvertes par la paroi, afin de raidir l'aube ou de compartimenter le volume interne. Ces cloisons perturbent les mesures puisque leurs contributions au signal de mesure se superposent à celles de la paroi et qu'elles tendent donc à être confondues avec des surépaisseurs. Il existe déjà plusieurs procédés non destructifs susceptibles d'accomplir des mesures d'épaisseur, mais certains, comme la tomographie aux rayons X où un réseau de détecteurs prend des vues successives autour de l'objet à reconnaítre, sont trop compliqués d'emploi alors que d'autres, comme les mesures aux infrarouges, sont trop peu précis. Enfin, les mesures aux ultrasons ne conviennent pas pour tous les matériaux, notamment ceux qui sont anisotropes.A feature of these pieces is that they are normally fitted with internal partitions covered by the wall, in order to stiffen the dawn or to compartmentalize the internal volume. These partitions disturb the measurements since their contributions to measurement signal overlap those of the wall and that they therefore tend to be confused with extra thickness. There are already several processes not destructive capable of performing measures thick, but some, such as X-rays where a network of detectors takes pictures successive around the object to be recognized, are too complicated to use while others, such as infrared measurements are too imprecise. Finally, ultrasonic measurements are not suitable for everyone materials, especially those that are anisotropic.
Un procédé particulier de mesures d'épaisseur non destructif et exempt de ces défauts a été développé pour donner des indications précises et fiables sur l'épaisseur d'une paroi malgré la présence de cloisons derrière cette paroi, à des emplacements mal connus et qui perturbent les mesures d'épaisseur.A particular measurement process of non-destructive thickness and free of these defects a been developed to give precise indications and reliable on the thickness of a wall despite the presence partitions behind this wall, at locations poorly known and which disturb thickness measurements.
Le procédé repose sur l'emploi d'un détecteur particulier de courants de Foucault, qui est conçu et employé pour que la contribution des cloisons au signal recueilli soit minimisée, et des moyens de traitement sont proposés pour éliminer substantiellement l'influence des cloisons sur la mesure. Plusieurs modes de réalisation particuliers sont possibles, plus ou moins raffinés et qui donnent des résultats précis en conséquence.The process is based on the use of a particular eddy current detector, which is designed and used so that the contribution of partitions to the signal collected is minimized, and means of treatment are offered to eliminate substantially the influence of partitions on the measured. Several specific embodiments are possible, more or less refined and which give accurate results accordingly.
Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne un procédé de mesure d'épaisseur d'une paroi d'aube creuse susceptible de couvrir des cloisons, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer deux pôles d'un noyau magnétique d'un détecteur de courants de Foucault sur la paroi en alignement parallèle aux cloisons, les pôles (8) étant munies de bobines (7) reliées entre elles en série, à déplacer le détecteur sur la paroi perpendiculairement aux cloisons, à enregistrer un signal produit par le détecteur, et à en déduire l'épaisseur de la paroi d'après des étalonnages préliminaires.In its most general form, the invention relates to a method for measuring the thickness of a wall hollow blade capable of covering partitions, characterized in that it consists in applying two poles of a magnetic core of a current detector Eddy on the wall in alignment parallel to partitions, the poles (8) being provided with coils (7) connected together in series, to move the detector on the wall perpendicular to the partitions, at record a signal produced by the detector, and deduce the wall thickness from calibrations preliminary.
Le document US 4 005 359 A décrit une sonde à courants de Foucault appliquée à estimer l'épaisseur d'un revêtement de peinture ou d'émail sur un substrat conducteur ; elle se compose de deux bobinages disposés en transformateur, c'est-à-dire associés par induction électromagnétique mais non liés électriquement.Document US 4,005,359 A describes a probe eddy current applied to estimate thickness a coating of paint or enamel on a substrate driver; it consists of two windings arranged into transformer, i.e. associated by induction electromagnetic but not electrically linked.
Le document US 5 172 059 A montre qu'une bobine induisant des courants de Foucault dans un substrat sous elle est sensible à des variations d'épaisseur de ce substrat.Document US 5 172 059 A shows that a coil inducing eddy currents in a substrate under it is sensitive to variations thickness of this substrate.
L'invention sera décrite en détail au moyen des figures suivantes, qui feront mieux apparaítre ses caractéristiques, aspects et avantages, dans des modes de réalisation illustratifs :
- la figure 1 est une vue générale du procédé ;
- la figure 2 illustre en gros plan le détecteur ;
- la figure 3 est une représentation d'un détecteur composite ;
- la figure 4 est un exemple de signaux obtenus ;
- la figure 5 illustre un réseau de neurones artificiels ;
- et la figure 6 est une vue d'une cale d'étalonnage.
- Figure 1 is a general view of the process;
- Figure 2 illustrates the detector in close-up;
- Figure 3 is a representation of a composite detector;
- FIG. 4 is an example of signals obtained;
- FIG. 5 illustrates a network of artificial neurons;
- and Figure 6 is a view of a calibration block.
La figure 1 représente partiellement une
aube 1 creuse dont le profil est dessiné par une paroi
extérieure 2 raidie par des cloisons 3 de largeurs, de
profondeurs et d'écartements différents et mal connus.
Un capteur 4 est déplacé le long d'une génératrice 5 de
l'aube 1. Il comprend un noyau magnétique 6 en arceau,
sur lequel est formé un bobinage électromagnétique, ici
composé de deux bobines 7 reliées entre elles en série
et placées sur les branches 8 de l'arceau 6. Le
détecteur 4 est au bout d'un bras de support 9 repoussé
par un ressort 10 de manière que les bouts des branches
8 touchent la paroi 2 ; un appareil 11 à moteur permet
de déplacer le bras 9 et le détecteur 4 le long de la
génératrice 5. Un générateur de courant alternatif 12
est placé sur un circuit électrique 13 auquel les
bobines 7 sont branchées en série, et un voltmètre 14
permet d'enregistrer la tension produite aux bornes des
bobines 7 et de la transmettre à un moyen de traitement
15 qui constitue un élément important de l'invention.
Le signal mesuré par le voltmètre 14 dépend en
particulier des courants de Foucault que l'induction
électromagnétique des bobines 7 produit sur la portion
avoisinante de l'aube 1, et qui dépend, outre de
l'épaisseur de la paroi 22, de la présence ou de
l'absence d'une cloison 3 devant le détecteur 4 ou à
proximité. On a toutefois découvert que, si les pôles
du noyau 6, situés au bout des branches 8, étaient
alignés dans la direction des cloisons 3, comme on l'a
représenté, l'influence des cloisons 3 était beaucoup
moins sensible sur la sonde présente, c'est-à-dire que
le signal ne variait que faiblement quand le détecteur
4 passait devant une des cloisons 3. La figure 4 donne
l'allure de la courbe obtenue (R1 pour une fréquence
d'excitation de 100 kHz et R2 pour 300 kHz) pour un
profil d'aube 1 figuré en regard.Figure 1 partially shows a
1 hollow blade whose profile is drawn by a
Si la tension mesurée par le voltmètre 14
est VB et l'intensité du courant passant par les
bobines 7 est I, on peut écrire Z0 = V0 / I0 = R0 + jX0 où Z0
est l'impédance, R0 la résistance et X0 la réactance du
circuit à l'état à vide (quand l'aube 1 est absente),
et Zc = Vc / Ic = Rc + jXc quand le détecteur 4 est appliqué
sur l'aube 1 ; j est la constante imaginaire (j2=-1).
Le moyen de traitement peut exploiter les mesures
notamment en relevant l'allure de la réactance
normalisée Xcm = Xc / X0, ce qu'on propose ici, ou
éventuellement de la résistance normalisée Rc - R0 / X0. On
voit que pour des fréquences d'induction relativement
faible, l'influence des cloisons 3 devient presque
imperceptible, si bien qu'on peut même concevoir
d'ignorer complètement leur existence et de déduire
directement l'épaisseur de la paroi 2 d'après le signal
capté, après un étalonnage préalable mené sur une série
de parois lisses d'épaisseur différente.If the voltage measured by the
Il est toutefois préféré de recourir à des
traitements plus compliqués pour déduire l'épaisseur de
la paroi 2 du signal obtenu, et le moyen de traitement
15 où ces opérations sont entreprises mérite d'être
décrit de façon plus détaillée. Il renferme un réseau
de neurones artificiels pouvant prendre la disposition
indiquée sur la figure 5. Un neurone artificiel N est
en pratique un processeur élémentaire qui reçoit un
certain nombre d'entrées e auxquelles sont associés des
poids W, et fournit une sortie s qui dépend des entrées
pondérées et de biais b, selon la formule s=F(We+b) où
F est une fonction d'activation déterminée par la
programmation du neurone N. Les données d'entrée
circulent dans le réseau en étant modifiées à chaque
neurone qu'elles traversent. Les neurones peuvent être
répartis en couches successives et enchaínés à tous les
neurones de la couche précédente et de la couche
suivante. Dans le cas présent, on a constaté qu'un
réseau à deux couches, comprenant une couche de sortie
C2 à neurone unique fournissant la sortie souhaitée
(l'épaisseur) et à couche inférieure ou cachée C1
composée de quelques neurones (deux, trois ou quatre en
pratique) alimentés par les valeurs obtenues du signal
(R1 ou R2 par exemple) était suffisant. De plus, les
fonctions opérées par les neurones sont l'identité
(F(W.e+b)=W.e+b) dans la couche C1 et la tangente
hyperbolique (F(W.e+b)=tanh(W.e+b)) dans la couche C2.
Le réseau de neurones subit un apprentissage préalable
qui lui permet ensuite d'exprimer les paramètres
descriptifs d'une nouvelle situation, ressemblant à la
situation d'apprentissage, en fonction des signaux
qu'il reçoit. On propose ici de faire un étalonnage au
moyen d'une cale plane 30 (figure 6) formée de bandes
parallèles 31 d'épaisseur croissante et munie de
nervures 32, analogues aux cloisons 3, derrière cette
plaque, à des intervalles différents, éventuellement
d'épaisseurs et de largeurs différentes et qui coupent
toutes les bandes 31. Le détecteur 4 est promené le
long de ces bandes 31 de la même façon que pour l'aube
1, afin qu'il fournisse un nombre suffisant de signaux
de référence qui sont exploités pour régler le réseau
de neurones en ajustant les poids et les biais de ceux-ci.
De tels apprentissages du réseau de neurones
peuvent être faits automatiquement par des logiciels de
façon que le réseau donne en sortie l'épaisseur connue
de chaque bande 31 en fonction des signaux captés en
parcourant cette bande.It is however preferred to use more complicated processing operations to deduce the thickness of the
Quoique l'agencement déjà décrit du
détecteur 4 soit le préféré, les mesures peuvent être
complétées par un détecteur 4' semblable, mais disposé
avec les pôles alignés perpendiculairement aux cloisons
3 (figure 3), ce qui donne des lignes d'aimantation
perpendiculaires à ces cloisons et des courants de
Foucault importants en elles. Il est alors évident que
l'influence des cloisons sera beaucoup plus forte sur
les mesures qu'avec le détecteur 4, ce qu'on peut
vérifier sur les courbes de réponse R3 et R4 de la
figure 4. Les signaux du détecteur 4' fournis au réseau
de neurones avec ceux du détecteur 4 permettent de
corriger l'influence des cloisons et d'obtenir une
précision encore meilleure pour l'évaluation de
l'épaisseur de la paroi 2, puisque l'influence des
cloisons 3 est mieux perçue par le détecteur 4'. Une
façon équivalente de procéder aux mesures consisterait,
au lieu de prendre simultanément les deux séries de
mesures par des détecteurs 4 et 4' montés sur un bras
de support 9' se terminant en fourche, à utiliser le
seul détecteur 4 à condition de le monter au bras de
support 9 par un accouplement 40 permettant la rotation
(figure 2). Le procédé serait exactement semblable si
ce n'est que les deux catégories de signaux seraient
obtenues successivement.Although the arrangement already described of the
Une autre source de perturbation provient
de l'inclinaison du détecteur 4 ou 4', qui reste dans
l'alignement du bras de support 9, sur l'aube 3 à cause
de sa courbure. Toutefois, une correction peut être
entreprise facilement puisqu'on peut vérifier que
l'inclinaison n'a d'effet que sur les proportions des
parties réelle et imaginaire du signal fourni par le
voltmètre 14. Plus précisément, on peut écrire que
Xcn=aRcn+b, où a est un coefficient qui dépend de
l'inclinaison du détecteur 4 sur l'aube 1. Il suffit
alors d'appliquer les signaux reçus à un réseau de
neurones supplémentaire pour qu'il donne en sortie le
signal rectifié, qui est celui qu'on aurait obtenu avec
un détecteur 4 ou 4' orienté bien droit sur la paroi 2.
Un apprentissage du réseau de neurones supplémentaire
est obtenu en promenant le détecteur 4 sur les bandes
31 avec des inclinaisons différentes, pour déterminer
des valeurs du coefficient a.Another source of disturbance comes from
the inclination of the
Il faut souligner que d'autres détecteurs de courants de Foucault, tels que des détecteurs axisymétriques à bobine centrale émettant des lignes électromagnétiques dans toutes les directions rayonnantes, ne donneraient que des résultats extrêmement imprécis dans cette application, alors qu'une imprécision d'écart-type proche de 10 µm pour des cloisons de quelques millimètres d'épaisseur peut être espérée avec l'invention.It should be noted that other detectors eddy currents, such as detectors axisymmetric central coil emitting lines electromagnetic in all directions radiant, would only give results extremely imprecise in this app then an imprecision of standard deviation close to 10 µm for partitions a few millimeters thick can be hoped with the invention.
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